microbiologia

METABOLISMO

Quando si parla di metabolismo ci si riferisce a quelle reazioni che avvengono all'interno di una

cellula.Queste reazioni chimiche si possono dividere in due grossi gruppi:

processi metabolici degradativi che sono processi che creano energia.

processi anabolici che hanno il compito di creare nuove molecole utilizzando substrati a

disposizione. L'anabolismo consuma energia.Questo lo fanno tutte le cellule. I microrganismi sono

più bravi sia nei processi che creano energia si a di più nei processi ananbolici. Le reazioni

chimiche hanno bisogno di una energia di attivazione. Se abbiamo un substrato A e B per produrre i

prodotti C eD è dispensabile che vengano attivati. L'energia di attivazione viene prodotta mediante

calore,catalizzatori che abbassano l'energia di attivazione. Quando parliamo di processi

metabolici,ci sono due considerazioni importanti.La fonte di carbonio per le vie biosintetiche. Il

carbonio può essere preso da un organismo vivente da varie fonti: zuccheri,. Un organismo che

utilizza gli zuccheri per le vie biosintetiche è detto eterotrofo. Eterotrofo utiliza una molecola

organica che può essere zuccheroo anche proteine o anche una molecola che contiene carbonio.

Altrimenti il carbonio può essere preso dalla Co2 e si chiamano autotrofo. Autotrofo utilizza la co2

come fonte di carbonio,quelli che non la usano sono eterotrofi ma utilizzano materia organica. In

base alla fonte di energia utilizzata per produrre ATP,i microrganismi si possono dividere in:

• CHEMIOTROFI utilizzano meccanismi di ossidoriduzioni,reazioni chimiche generano

energia,del genere ossidoriduzione.Utilizzano substrati organici o inorganici.

• FOTOTROFI,utilizzano la luce.

Quando ci riferiamo a un metabolismo di tipo chemiorganotrofo,si possono dire due cose:

• energia da reazioni di ossidoriduzione.

• materia organica utilizzata come substrato.Il composto organico è utilizzato attraverso una

serie di reazioni a seconda per produrre energia,ATP.

• È anche un organismo eterotrofo quindi il composto organico entra anche nei processi

biosintetici,essendo fonte di energia libera Co2.

Si ha un gruppo particolare che si trova solo nel mondo dei microrganismi.CHEMIOLITOTROFI:

• Meccanismi di ossidoriduzione e quindi per generare energia viene utilizzato un composto

inorganico e attraverso questi processi si genera ATP.

• Il carbonio viee dalla CO2 non è detto si aatmosferica. Dall'utilizzazione della CO2 abbiamo

processi fotosintetici.

Una situaizone particcolare,le profondità marine sono molto fredde e se siamo a profondità molto

elevate sono anche prive di materia organica perchè la materia organica si origina in superficie nei

primi strati nel mare e negli strati successivi si ha quando la materia organica muore e si

decompone. Ci sono nelle profondità oceaniche delle bocche vulcaniche ch egenerano calore alzano

la temperatura dell'acqua,la pressione molto elevata impedisce che l'acqua entri in

ebollizione.Questi organismi riescono a crescere in un ambiente in cui viene portato calore dalle

bocche vulcaniche e immettendo ioni metallici,gli ioni metallici vengono utilizzati per questi

pprocessi e immessa Co2 e viene prodotta materia organica. Genrando materia oranici ci sarà la vita

di esseri eterotrofi.

Si ha un gruppo di microrganismi anche con un metabolismo FOTOTROFO,i fototrofi hanno la

caratteristica di utilizzare la luce per generare energia,solitamente c'è la fotosintesi ma non è l'unic

meccanismo di fototrofia.I fotoautrofi prendono la CO2 e genrano materia organica ma anche si

hanno i fotoeterotrofi che utilizzano la luce per generare energia ma questi possono utilizzare solo

materia organica come fonte di carbonio.

Le vie metabliche che i chemioautotrofi possono utilizzare per generare energia:un metabolismo

ricco di reazioni chimiche dove un composto viene ossidato uno ridotto che poi a sua volta sarà

riossidato e gli elettroni ceduti a un altro composto che verrà ridotto. Questa cascata di reazione

prevede una serie di passaggi di elettroni. Quando una catena di trasporto di elettroni alla fine si

avrà un composto X che funziona da accettore finale..Queste vie metaboliche sono:

• FERMENTAZIONE,nella fermentazione l'accettore finale è una molecola organica che

deriva dalla degrazione parziale del composto di partenza.

• RESPIRAZIONE AEROBIA,dove l'accettore finale di elettroni è l'ossigeno.

• RESPIRAZIONE ANAEROBIA,dove l'accettore finale è un composto diverso

dall'ossigeno. Nella maggior parte dei casi è una molecola inorganica. In qualche caso è una

molecola organica ma adifferenza della fermantazione questa molecola organica non deriva

dalla degradazione parziale del composto di partenza.

La respirazione qualunque essa (aerobia o anaerobia) sia degrada completamente la molecola di

partenza cambia solo l'accettore finale,mentre nella fermentazione la degradazione si ferma a uno

stadio intermedio,degrada solo parzialmente la molecola di partenza. Perciò, il meccanismo che

genera più energia è la respirazione,le fermentazione genera meno energi adella respirazione ma la

fermentazione è la via metabolica che ha maggior interesse a livello industriale.

Queste vie metaboliche della fermentazione nella maggior parte dei casi patono dal glucosio e la

degradazione del glucosio viene attraverso una via metabolica,chiamata glicolisi o via di Embden

Meyerof. Il primo passaggio è la produzione di glucosio 6 fosfato. Il glucosio,molecola a 6 atomi di

carbonio,viene degradato attraverso una serie di passaggi a piruvato,molecola a tre atomi di

carbonio. Quindi,si possono generare due molecole di acido piruvico dalla degradazione di una

molecola di glucosio. Tutte le fermentazioni partono da acido piruvico,a meno che non ci siano

eccezzioni.

Le fermentazioni sono importanti perchè in molti casi i prodotti finali di queste vie sono

estremamente utili e sono utilizzati da millenni dall'uomo per la produzione di alimenti o di altri

composti utili alla vita di tutti i giorni. In modo empirico,le vie fermentative sono state conosciute

da tanto tempo,lo studio in modo sistematico scientifico è più recente. Tra la prima e la seconda

guerra mondiale la Germania era avanti nel campo chimico e lo studio di questi processi entrava

molto nel campo della chimica . Inoltre negli anni '30 La Germania venne tagliata fuori da

approvvigionamenti di materie prime, e la Germania riuscì a aggirare problemi derivati da questa

mancanza di approvvigionamenti in gran parte perchè sopperì alla produzione di queste molecole

mediante reazioni di fermentazione. Questi processi metabolici son ben noti.

Nella fermentazioni OMOLATTICA :l'acido piruvico viene ridotto a acido lattico,reazione unica.

Avviene anche nei nostri muscoli. Questa via è utilizzata da streptococchi e lattobacilli. Omolattica

perchè alla fine di questo processo si ha un unico prodotto. Via metabolica molto utilizzata

dall'industria casearia.

Nella fermetazione ALCOLICA: prodotta da alcuni lieviti (saccaromices cerevisiae), l'acido

piruvicoprima viene decarbossilato con produzione di acetaldeide che poi sarà ridotta a etanolo. I

prodotti finali sono due:etanolo e CO2.

Nella fermentazione PROPIONICA: il batterio che riesce a farla è il Propionibacterium, questa via

metabolica utilizza tre molecole di acido piruvico per dare una molecola di acido acetico, una di

CO2 e due di acido propionico. É l'unica via metabolica che può partire dall'acido lattico. Per

partire dall'acido lattico,prima il batterio riporta l'acido lattico a acido piruvico e poi lo inserisce in

questa via metabolica. Questa via viene usata nella produzione di Emmenthal. Infatti nella

produzione di emmenthal svizzero c'è una prima fase in cui c'è una fermentazione lattica,c'è una

maturazione del formaggio e c'è una seconda fermentazione di tipo propionica che dà acido

propionico, acido acetico che andranno a contribuire all'aroma del formaggio e anidride carbonica. I

buchi sono dati dal rilascio di CO2 che rimane intrappolato nella pasta.

Nella fermentazione MISTOACIDA:è una via metabolica caratteristica degli enterobatteriacee,a cui

appartiene anche eschericia coli.Non vengono sempre prodotti gli stessi prodotti finali. Quale

percorso la via fermentativa seguirà dipende dal substrato che trova e dalle condizioni in cui agisce.

Si può avere acido succinico ,etanolo,acido acetico , acido formico che in acqua si scompone in

idrogeno anidride carbonica e acido lattico.

Nella fermentazione BUTILEN-GLICOLE: Pseudomonas, ha un interesse industriale per la

produzione di plastica.

I clostridi riescono a fare processi fermentativi variabili piuttosto diversi a seconda delle condizioni

e del substrato ad esempio fermentazione butirrica, butanolica e acetonica vari composti che hanno

un interesse per l'acetone che entra nella produzione di esplosivi, altri hanno un forte interesse

industriale. Sono vie poco utilizzate . Da acido acetico a etanolo da acetone a isopropanolo.

Nella fermentazione ETEROLATTICA: si parte dal glucosio,si arriva a gliceraldeide 3fosfato, i

prodotti finali sono CO2,acido acetico, etanolo,acido lattico. É chiamata eterolattica perchè non

produce solo acido lattico. Alcuni di questi organismi sono comunque utilizzati nella produzione di

latte fermentato (kefir) perchè l'acido lattico è il prodotto preponderante.

Nella fermentazione secondo Entner-Doudoroff: è una via degradativa del glucosio,che non segue la

degradazione classica, il glucosio genera acido piruvico e gliceraldeide 3 fosfato ma la produzione

finale è di CO2 e etanolo. Zymomona opera questo. In messico questa via è utilizzata per

fermentare succo di cactus, si produce unabevanda alcolica a partire dallo zucchero di cactus.

Produce quantitativi alti di etanolo.

Si hanno microrganismi che vivono solo in presenza di ossigeno ,sono quelli che si chiamano

AEROBI OBBLIGATI, senza ossigeno non vivono. Sono alcuni bacilli sporigeni. Il bacillo della

tubercolosi, è un aerobio obbligato,vive nei nostri polmoni. Sono altamente sensibili alla presenza

di ossigeno.

ANAEROBI OBBLIGATI: vivono solo e totalmente in assenza di ossigeno.(clostridi). Alcuni di

questi microrganismi possono tollerare la presenza dell'ossigeno ma non si riproducono in sua

presenza.Altri anaerobi stretti hanno per l'ossigeno un rifiuto totale.

MICROAEROBI,non sono aerobi né anaerobi,sono organismi che hanno bisogno di ossigeno ma a

concentrazione più basse di quello atmosferico.

ANAEROBI FACOLTATIVI: vivono sia in presenza che in assenza di ossigeno(operno la

fermentazione) ma preferiscono vivere in presenza di ossigeno(fanno la respirazione aerobia).Il

lievio saccaromyces e anc